二氧化氯对蒽和萘的去除效果研究
REMOVAL EFFECT OF CHLORINE DIOXIDE ON ANTHRACENE AND NAPHTHALENE
王 丽 黄 进 黄君礼
1 前言
多环芳烃是地表水中独特的和重要的一类水中微污染物，由于多数环芳烃在天然水体中的光解作用微弱，又很难通过生物降解消除，而在水中长期积累。
CLO2是一种具有许多优势的消毒剂，对饮用水的处理已是势在必行，因而有必要研究CLO2对水中多环芳烃的去除效果及机理，为CLO2的应用提供有价值的依据。
本研究选取多环芳烃稠环型的蒽和萘为试验对象，并与CL2对比。
2 材料与试验条件
2.1 仪器
日立MPF-4型荧光光谱仪
2.2 试剂
(1)CLO2和CL2溶液：自制。
(2)蒽和萘溶液。
(3)环己烷。
2.3 试验条件
蒽：λem=377nm λex=253nm
萘：λem=323nm λex=222nm
3 结果与讨论
3.1 不同投量CLO2和CL2对蒽和萘的去除效果
3.1.1 不同投量CLO2和CL2对蒽的去除效果
在250ml容量瓶中分别加入100ml不同浓度的CLO2、CL2溶液及一定浓度的蒽溶液,在室温条件下，避光，剧烈振荡，反应15min，立即用饱和Na2S2O3溶液中止反应，其水溶液用环己烷萃取，萃取液总体积5ml，共萃取三次。收集萃取液，测定未反应的蒽的荧光强度。同时作空白。所得结果如图1。
由此可以看出，随着消毒剂投量的增加，蒽的去除率逐渐增加，在同一浓度下，CLO2对蒽的去除效果远远好于CL2的去除效果。如：当消毒剂浓度为1mg/L时，CLO2对蒽的去除率为98.4%，而CL2只有5.0%；当消毒剂浓度为5mg/L时，CLO2对蒽的去除率已达100%，而CL2只有15.2%,CL2投量10mg/L时，对蒽的去除率不过是19.0%。
图1 不同投量CLO2、CL2对蒽、萘的去除效果
3.1.2 不同投量CLO2、CL2对萘的去除效果
其结果也示于图1。同样，随着消毒剂投量的增加，CL2对萘的去除率缓慢地逐渐增加。如CL2为1mg/L时，对萘的去除率为4.2%；10mg/L时，去除率为17.2%。而CLO2在试验的浓度下几乎未见去除效果。
3.2 pH对CLO2、CL2去除蒽和萘的影响
在pH为3.0、5.0、7.0和9.0的条件下,考察CLO2、CL2对去除蒽和萘的影响( 见图2 )。由图2可见,CLO2去除蒽效果不受pH的影响，pH3.0～9.0，CLO2对蒽的去除均达到非常满意效果。如pH3.0时，CLO2对蒽的去除率已达100%，pH7.0时，去除率为99%以上。但CL2对蒽、萘的去除率虽然很低，却受pH的影响。如pH3.0时，对蒽的去除率为1.8%，对萘为1.2%；而在pH=7.0时，CL2对蒽的去除率为14.3%，对萘为10.2%，pH再升高，CL2对它们的去除率反而下降。
图2 pH对CLO2、CL2去除蒽、萘的影响
3.3 反应时间对CLO2、CL2去除蒽、萘效果的影响
其结果如表1。随着反应时间的增加，CLO2、CL2对蒽和萘的去除效果逐渐增加，但仍然是CLO2的效果明显好于CL2。例如，反应10min，CLO2对蒽去除率就可达98.2%，而CL2只有12.7%；反应30min后，CLO2对蒽的去除率为100%，而CL2反应90min时去除率才达67.0%。另外，反应90min，CL2对萘的去除率也仅为16.6%。
表1 反应时间对CLO2、CL2去除蒽、萘效果的影响
作用物 |
去除率(%) 消毒剂 |
反应时间(min) |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
蒽 |
ClO2 |
98.2 |
99.2 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
Cl2 |
12.7 |
15.2 |
24.3 |
28.2 |
35.3 |
48.3 |
54.2 |
61.0 |
67.0 |
萘 |
Cl2 |
8.40 |
13.2 |
14.0 |
14.3 |
15.0 |
15.8 |
16.0 |
16.0 |
16.6 |
*反应条件：pH=7.0 反应温度18℃，消毒剂浓度3.0mg/L蒽和萘浓度10.0mg/L。
3.4 讨论
CLO2对蒽去除效果明显好于CL2，主要是因为CLO2的氧化能力为CL2的2.6倍，且以氧化作用为主，而CL2以取代反应为主。同时，蒽的离域能(349.5KJ/mol)比萘的离域的1.5倍(38345/mol)还低，其稳定性比萘差，易在γ-位发生化学反应，且蒽的不饱和性比萘大，易发生氧化反应和加成反应。
4 结论
(1)CLO2对蒽有很好的去除效果，且明显优于氯。其去除效果在pH3.0～9.0内不受其影响，但在试验条件下，CLO2几乎未除去萘。
(2)CL2与萘、蒽反应、在试验的浓度、时间条件下，均有一定去除效果，且pH对去除效果有一定影响。
(3)CLO2和CL2的不同反应，其本质上是由于两种消毒剂的性质、蒽和萘的性质不同而导致反应机理不同所致。这有待于进一步探讨。
作者单位：
黄君礼 王 丽 哈尔滨建筑大学市政与环境工程学院(150001)
黄 进 深圳市城建开发集团监理公司
参考文献
1 陈尚贤等.利用荧光光度法分析聚乙烯咔唑中痕量蒽，分析化学.1989，8(5)：425～426
2 戴树桂等.室内空气中多环芳烃污染的测量和特征研究，环境化学.1996，15(2)：138～145
3 ch.Rav-Acha et al. The different reaction mechanisms by which CLO2 and CL2 react with PAH, Wat.Rse.1985，19(10)：1273～1281
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